确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置，在风力发电机组的机舱底部设置测距传感器，该方法包括：确定所述多个第一测点的位置，并根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置；确定所述多个第二测点的位置，并根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置；根据推算的叶片的尖端的位置和塔架上所述预定测点的位置，计算叶片的尖端到所述预定测点的距离以获得塔架净空。采用本发明专利技术示例性实施例的确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置，能够实时准确地确定风力发电机组的塔架净空，以有效避免叶片扫塔情况的发生。

Method and Device for Determining Tower Clearance of Wind Turbine

The invention provides a method and a device for determining the tower clearance of a wind turbine. A distance sensor is arranged at the bottom of the cabin of a wind turbine. The method includes: determining the position of the first measuring point, calculating the position of the tip of the blade according to the position of the first measuring point, determining the position of the second measuring point, and according to the second measuring point. The position of the measuring point is calculated to map the tip of the blade to the predetermined measuring point on the tower, and the distance from the tip of the blade to the predetermined measuring point on the tower is calculated to obtain the clearance of the tower according to the calculated position of the tip of the blade and the position of the predetermined measuring point on the tower. The method and device for determining the tower clearance of the wind turbine can accurately determine the tower clearance of the wind turbine in real time so as to effectively avoid the occurrence of blade tower sweeping.

【技术实现步骤摘要】
确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置
本专利技术总体说来涉及风电
，更具体地讲，涉及一种确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置。
技术介绍
风力发电机组在运行过程中，由于叶片受损、传感器故障、控制系统故障或者遭遇极端风况等情况的发生，可能会出现整机振动失稳，叶片的尖端和塔架的距离(净空)急剧降低，最终导致叶片与塔架相碰，造成叶片和塔架断裂，该现象又称为“扫塔”。对于风力发电机组而言，一旦发生叶片扫塔，会为风电场带来较大的经济损失。目前，可以通过在塔筒外壁安装激光扫描仪的方法来监控塔架净空。但这种方式受机舱偏航影响，需要多个激光传感器才可以实现所有机舱方向的塔架净空监测，并且在塔筒外壁安装激光传感器存在固定、接线等一系列的工程问题。此外，还可以通过在叶根安装两个平行测距仪的方法，通过监控两个通道距离的变化判断叶片变形的方向和变形的大小。但这种采用单点测试叶片变形方向和变形程度来估算塔架净空的方式，没有考虑到塔架变形对净空的影响，并且在叶轮上安装测距仪会破坏叶片的外形，带来发电量损失。此外，为了保证效果，一般需要在每个叶片的根部均安装一组测距仪，这会导致成本的上升。此外，还有在叶尖部设置测距仪的方法，通过测量叶尖与塔架的距离来得到塔架净空，但是该方法存在安装不便，供电困难，以及破坏叶片外形的缺点。此外，还可以通过图像采集分析的方法来监控塔架净空，但是该方法需要有良好的光照条件。并且该方法无法直接测量得到塔架净空，需要进行图像识别和像素转换。图像识别对电脑性能的要求较高，并且存在较高的错误识别率，而根据像素进行测量的前提是相机需要进行标定，并且在塔架上需要有较为明显的标识线。图像采集的方法也容易受到镜头污染的影响。此外，监控风力发电机组振动信号也是常见的避免“扫塔”的方法，但是该方法属于间接测量，不能完全保证数据的有效性和真实性。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例的目的在于提供一种确定风力发电机组的塔架净空的方法和装置，以克服上述至少一个缺陷。在一个总体方面，提供一种确定风力发电机组的塔架净空的方法，在风力发电机组的机舱底部设置测距传感器，所述测距传感器以不同角度发射多个测试信号，以在风力发电机组的叶片垂直向下时部分测试信号映射在叶片上获得多个第一测点以及部分测试信号映射在塔架上获得多个第二测点，其中，所述方法包括：确定所述多个第一测点的位置，并根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置；确定所述多个第二测点的位置，并根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置；根据推算的叶片的尖端的位置和塔架上所述预定测点的位置，计算叶片的尖端到所述预定测点的距离以获得塔架净空。可选地，确定所述多个第一测点的位置的步骤可包括：确定映射在叶片上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值；针对映射在叶片上的任一测试信号，确定该测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离；根据映射在叶片上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值以及每个第一测点到所述测距传感器的距离，确定每个第一测点的位置。可选地，根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置的步骤可包括：通过对确定的所述多个第一测点的位置进行拟合，获得叶片的变形曲线；基于获得的叶片的变形曲线来推算出叶片的尖端的位置。可选地，可通过以下方式确定任一第一测点的位置：将所述测距传感器所在位置作为坐标原点，建立测试坐标系，其中，所述测试坐标系的横坐标的方向为平行于风力发电机组的主轴的方向，所述测试坐标系的纵坐标的方向为垂直于地面的方向；根据与所述任一第一测点对应的映射在叶片上的测试信号与水平面的夹角的角度值和所述任一第一测点到所述测距传感器的距离，确定所述任一第一测点在测试坐标系下的位置。可选地，基于获得的叶片的变形曲线来推算出叶片的尖端的位置的步骤可包括：确定叶片的长度；基于获得的叶片的变形曲线，确定在叶片的尖端的纵坐标位置为叶片的长度时，所对应的叶片的尖端的横坐标位置，以获得叶片的尖端的位置。可选地，确定所述多个第二测点的位置的步骤可包括：确定映射在塔架上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值；针对映射在塔架上的任一测试信号，确定该测试信号对应的第二测点到所述测距传感器的距离；根据映射在塔架上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值以及每个第二测点到所述测距传感器的距离，确定每个第二测点的位置。可选地，根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置的步骤可包括：通过对确定的所述多个第二测点的位置进行拟合，获得塔架的变形曲线；基于获得的塔架的变形曲线来推算出塔架上所述预定测点的位置。可选地，基于获得的塔架的变形曲线来推算出塔架上所述预定测点的位置的步骤可包括：基于获得的塔架的变形曲线，确定在所述预定测点的纵坐标位置为叶片的长度时，所对应的所述预定测点的横坐标位置，以获得所述预定测点在测试坐标系下的位置。可选地，可在每个触发周期执行所述方法，以获得塔架净空，其中，所述任一触发周期的起始时刻可为基于所述测距传感器发射的测试信号确定测试信号映射到叶片上的时刻，所述任一触发周期的结束时刻可为在起始时刻之后基于所述测距传感器发射的测试信号确定测试信号没有映射到叶片上的时刻。可选地，针对任一触发周期，可通过以下方式确定映射在叶片上的任一测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离：确定在所述任一触发周期内的每个采样时刻确定的所述任一测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离，将在所有采样时刻确定的距离的平均值，确定为所述任一测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离。可选地，所述测距传感器可包括以下项中的任一项：多线激光测距仪、多个单线激光测距仪、多个超声波测距仪、多个红外线测距仪、多个雷达测距仪。可选地，所述测距传感器可包括多线激光测距仪，所述多线激光测距仪射出的一部分光束能够照射到叶片上，另一部分光束能够照射到塔架上，其中，每个第一测点为光束照射到叶片上形成的点，每个第二测点为光束照射到塔架上形成的点。在另一总体方面，提供一种确定风力发电机组的塔架净空的装置，在风力发电机组的机舱底部设置测距传感器，所述测距传感器以不同角度发射多个测试信号，以在风力发电机组的叶片垂直向下时部分测试信号映射在叶片上获得多个第一测点以及部分测试信号映射在塔架上获得多个第二测点，其中，所述装置包括：叶片尖端位置确定单元，确定所述多个第一测点的位置，并根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置；预定测点位置确定单元，确定所述多个第二测点的位置，并根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置；塔架净空确定单元，根据推算的叶片的尖端的位置和塔架上所述预定测点的位置，计算叶片的尖端到所述预定测点的距离以获得塔架净空。可选地，叶片尖端位置确定单元可确定映射在叶片上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值；针对映射在叶片上的任一测试信号，确定该测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离；根据映射在叶片上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值以及每个第一测点到所述测距传感器的距离，确定每个第一测点的位置。可选地，叶片尖端位置确定单元可通过对确定的所述多个第一测点的位置进行拟合，获得叶片的变形曲线，基于获得的叶片的变形曲线来推算出叶片的尖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定风力发电机组的塔架净空的方法，其特征在于，在风力发电机组的机舱底部设置测距传感器，所述测距传感器以不同角度发射多个测试信号，以在风力发电机组的叶片垂直向下时部分测试信号映射在叶片上获得多个第一测点以及部分测试信号映射在塔架上获得多个第二测点，其中，所述方法包括：确定所述多个第一测点的位置，并根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置；确定所述多个第二测点的位置，并根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置；根据推算的叶片的尖端的位置和塔架上所述预定测点的位置，计算叶片的尖端到所述预定测点的距离以获得塔架净空。

【技术特征摘要】
1.一种确定风力发电机组的塔架净空的方法，其特征在于，在风力发电机组的机舱底部设置测距传感器，所述测距传感器以不同角度发射多个测试信号，以在风力发电机组的叶片垂直向下时部分测试信号映射在叶片上获得多个第一测点以及部分测试信号映射在塔架上获得多个第二测点，其中，所述方法包括：确定所述多个第一测点的位置，并根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置；确定所述多个第二测点的位置，并根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置；根据推算的叶片的尖端的位置和塔架上所述预定测点的位置，计算叶片的尖端到所述预定测点的距离以获得塔架净空。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个第一测点的位置的步骤包括：确定映射在叶片上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值；针对映射在叶片上的任一测试信号，确定该测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离；根据映射在叶片上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值以及每个第一测点到所述测距传感器的距离，确定每个第一测点的位置。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置的步骤包括：通过对确定的所述多个第一测点的位置进行拟合，获得叶片的变形曲线；基于获得的叶片的变形曲线来推算出叶片的尖端的位置。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定任一第一测点的位置：将所述测距传感器所在位置作为坐标原点，建立测试坐标系，其中，所述测试坐标系的横坐标的方向为平行于风力发电机组的主轴的方向，所述测试坐标系的纵坐标的方向为垂直于地面的方向；根据与所述任一第一测点对应的映射在叶片上的测试信号与水平面的夹角的角度值和所述任一第一测点到所述测距传感器的距离，确定所述任一第一测点在测试坐标系下的位置。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，基于获得的叶片的变形曲线来推算出叶片的尖端的位置的步骤包括：确定叶片的长度；基于获得的叶片的变形曲线，确定在叶片的尖端的纵坐标位置为叶片的长度时，所对应的叶片的尖端的横坐标位置，以获得叶片的尖端的位置。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个第二测点的位置的步骤包括：确定映射在塔架上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值；针对映射在塔架上的任一测试信号，确定该测试信号对应的第二测点到所述测距传感器的距离；根据映射在塔架上的每个测试信号与水平面的夹角的角度值以及每个第二测点到所述测距传感器的距离，确定每个第二测点的位置。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述多个第二测点的位置，推算叶片的尖端映射到塔架上的预定测点的位置的步骤包括：通过对确定的所述多个第二测点的位置进行拟合，获得塔架的变形曲线；基于获得的塔架的变形曲线来推算出塔架上所述预定测点的位置。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，基于获得的塔架的变形曲线来推算出塔架上所述预定测点的位置的步骤包括：基于获得的塔架的变形曲线，确定在所述预定测点的纵坐标位置为叶片的长度时，所对应的所述预定测点的横坐标位置，以获得所述预定测点在测试坐标系下的位置。9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在每个触发周期执行所述方法，以获得塔架净空，其中，所述任一触发周期的起始时刻为基于所述测距传感器发射的测试信号确定测试信号映射到叶片上的时刻，所述任一触发周期的结束时刻为在起始时刻之后基于所述测距传感器发射的测试信号确定测试信号没有映射到叶片上的时刻。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，针对任一触发周期，通过以下方式确定映射在叶片上的任一测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离：确定在所述任一触发周期内的每个采样时刻确定的所述任一测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离，将在所有采样时刻确定的距离的平均值，确定为所述任一测试信号对应的第一测点到所述测距传感器的距离。11.如权利要求1-10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述测距传感器包括以下项中的任一项：多线激光测距仪、多个单线激光测距仪、多个超声波测距仪、多个红外线测距仪、多个雷达测距仪。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测距传感器包括多线激光测距仪，所述多线激光测距仪射出的一部分光束能够照射到叶片上，另一部分光束能够照射到塔架上，其中，每个第一测点为光束照射到叶片上形成的点，每个第二测点为光束照射到塔架上形成的点。13.一种确定风力发电机组的塔架净空的装置，其特征在于，在风力发电机组的机舱底部设置测距传感器，所述测距传感器以不同角度发射多个测试信号，以在风力发电机组的叶片垂直向下时部分测试信号映射在叶片上获得多个第一测点以及部分测试信号映射在塔架上获得多个第二测点，其中，所述装置包括：叶片尖端位置确定单元，确定所述多个第一测点的位置，并根据所述多个第一测点的位置，推算叶片的尖端的位置；预定测点位置确定单元，确定所述多个第二测点的位置，并根据所述多个第二测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕品，程庆阳，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11